16 工程材料的选用

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1、16.1零件失效分析16工程材料的选用一、失效(failure)的定义机械设备和产品的失效，是指该设备在运行中失©16.1零件失效分析去设计功能或者发生损伤破坏。©16.2选材的一般原则失效的情况有三种：©16.3典型零件选材与工艺分析Æ零件完全失去工作能力Æ性能劣化不能达到应有功能©16.4汽车用材Æ已严重损伤，失去安全工作能力者（需更换）国际通用的定义为“产品丧失其规定功能的现象”1216.1零件失效分析16.1零件失效分析序号失效具体失效形式引起失效的二、零件失效形式分类类型直接原因三.失效原因1过量变扭曲（如花键）

2、由于在一定载荷条件下发生形失效S过量变形失效：拉长（如紧固件）扭曲、拉长、蠕变、弹性元件发生永久过量变形，零件失去应用功1.设计不合理:某些高应力部位存在沟槽、机械缺变形等胀大超陷（如石油射孔器）能不能正常使用口及圆角半径过小等；应力计算方面的错误;S断裂失效：高低温下的蠕变（如动力机械等）一次加载断裂、环境介质引起的断裂（应力腐蚀、氢脆、腐蚀疲劳等、疲劳断裂弹性元件发生永久变形由于对产品的服役条件了解不够，设计判据的2断裂失S表面损伤失效：一次加载断裂（如拉伸冲击和持久等）腐蚀、磨损载荷超标选用错误等效环境介质引起的断裂

3、（应力腐蚀、氢脆、环境介质应力共同作用引起腐蚀疲劳等）的2.选材不当及材料缺陷：材料选择不合理；铸疲劳断裂：低周（应变）疲劳（如压力容由于交变作用力引起的低应件中的夹杂、疏松、缩孔等，锻件中的折叠、器），高周（应力）疲劳（如轴类、螺栓力破裂类、齿轮类零件）接缝、空洞及锻造流线分布不合理等，焊接残3表面损磨损：粘着磨损，磨粒磨损，疲劳磨损，表面接触应力引起余应力、烧伤等都是裂纹易于扩展和产生的或伤失效腐蚀磨损）易腐蚀的部位；腐蚀（如腐蚀、冲刷、咬蚀等）有害环境气氛的化学及物理34化学作用引起16.1零件失效分析16.1零件失

4、效分析三.失效原因3.制造工艺不合理：金属构件往往要经过机加工（车、铣、刨、磨、钻等），冷热成形（冲、压、卷、弯等），铸造、焊接等制造工艺，不合理的工艺会产生缺陷，焊接产生的残余应力，回火不充分，加热速度过快及热处理方法选用不合理等；4.使用操作不当和维修不当：不合理的起动、停车、超速、过载服役、温度超过允许值、流速波动超出规定以及异常介质的引入都可能成为设备过早失效的根源；56116.2选材的一般原则16.3典型零件选材与工艺分析一.齿轮类零件选材S首先要满足使用性能要求：强度、硬度、塑性、韧性等S机床齿轮Ù工作条件：工

5、作负荷S工艺性能良好：铸造性能、压力加工性能、焊接不太大，中速运转，性能、切削加工性、热处理工艺性较平稳。S材料来源方便Ù选材：常用45钢或S经济上合理40Cr钢等调质钢。Ù工艺路线：下料→锻造→正火→粗加工→调质→机加工→高频淬火及回火→精磨78一.齿轮类零件选材二.轴类零件选材一.齿轮类零件选材S机床主轴S汽车变速箱齿轮Ù工作特点：受力不大，有时受到冲击载荷作用，要求Ù工作条件：受力较大，高速运转，受冲击频繁。较高的刚度，轴头锥面和锥孔高精度配合且要求一定其耐磨性、疲劳强度、心部强度以及冲击韧性等耐磨性，滑动轴承的轴颈

6、则需要高的耐磨性。要求均比机床用齿轮高。Ù选材：由于材料的受力不大可用普通45钢，对高精度Ù选材：常用20CrMnTi钢等类型渗碳钢制造并进行机床为保证氮化可靠性，应选用38CrMoAlA专用氮化渗碳处理。钢为好。Ù工艺路线：下料→锻造→正火→切削加工→Ù工艺路线：下料→锻造→正火→粗加工→调质→机加工→高频渗碳→淬火及低温回火→喷丸→磨削加工表面淬火→低温回火→精磨或下料→锻造→退火→粗加工→调质→精车→消除应力处理→喷砂→粗磨→氮化→精磨910二.轴类零件选材S汽车半轴Ù工作特点：驱动车轮转动的直接驱动件，承受较大的扭

7、转应力，在启动、颠簸、特别是紧急制动时受到更大的冲击应力，对材料的抗弯强度、疲劳强度和韧性提出较高的要求。Ù选材：调质钢，中型载重车辆可选用40Cr钢，而重型载重车辆则选用性能更高的40CrMnMo钢。Ù工艺路线：下料→锻造→正火→机械加工→调质→盘部钻孔→磨花键。11122二.轴类零件选材1314三、弹簧选材S汽车板簧Ù工作条件：用于缓冲和吸振，承受很大的交变应力和冲击载荷的作用，需要高的屈服强度和疲劳强度Ù选材：65Mn、60Si2Mn钢制造。中型或重型汽车，板簧用50CrMn，55SiMnVB钢，重型载重汽车大截面板

8、簧用55SiMnMoV，55SiMnMoVNb钢制造Ù工艺路线：热轧钢带(板)冲裁下料→压力成型→淬火→中温回火→喷丸强化S气门弹簧Ù工作条件:内燃机气门弹簧是一种压缩螺旋弹簧，在凸轮、摇臂或挺杆的联合作用下，使气门打开和关闭，承受应力不是很大，Ù选材：可采用淬透性比较好、晶粒细小、有一定耐热性的50C